JP5817617B2

JP5817617B2 - 化学蓄熱システム

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Publication number: JP5817617B2
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Authority: JP
Inventors: 知寿若杉; 志満津　孝; 孝志満津
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Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2015-11-18
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Also published as: JP2013204856A

Description

本発明は、生じる熱を有効利用するための化学蓄熱システムに関する。

従来より、アルカリ土類金属酸化物を充填した反応器、水を貯蔵する水タンク、上記水タンクの水を上記反応器に供給する水供給管、及び上記反応器から水タンクに戻す還流管からなる密閉サイクル、上記反応器への水の給排水を制御する水送供給手段、上記反応器内のアルカリ土類金属水酸化物を加熱分解しアルカリ土類金属酸化物に再生する加熱手段、並びに上記水送給手段を制御し上記アルカリ土類金属酸化物と水との可逆反応を制御する反応制御手段を備え、上記アルカリ土類金属酸化物の水和反応に伴い発生する熱を利用するようにした化学発熱装置が知られている（特許文献１）。

特開平７−１８０５３９号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術では、水和／脱水サイクルにおいて、現在の蓄熱率を正確に把握できない、という問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、反応器の蓄熱率を把握するための反応蒸気量を精度良く算出することができる化学蓄熱システムを得ることが目的である。

本発明に係る化学蓄熱システムは、熱源からの熱供給により脱水反応を行って蓄熱し、かつ、水和反応により放熱する化学蓄熱材とが内蔵された反応器と、前記反応器から前記脱水反応に伴って放出された反応蒸気を、冷媒としての媒体との熱交換によって反応液に凝縮させると共に、熱媒としての媒体との熱交換によって反応液を蒸発させることで、前記水和反応のための反応蒸気を前記反応器に供給する蒸発凝縮部と、前記蒸発凝縮部に前記媒体を供給して回収する媒体供給部と、前記媒体供給部によって供給された前記媒体の流量、供給された前記媒体の温度、及び回収された前記媒体の温度を検出する第１検出部と、前記蒸発凝縮部の温度を検出する第２検出部と、前記第１検出部によって検出された前記媒体の流量、供給された前記媒体の温度、及び回収された前記媒体の温度と、前記第２検出部によって検出された前記蒸発凝縮部の温度とに基づいて、前記媒体の流量、供給された前記媒体の温度、及び回収された前記媒体の温度から求められる前記媒体の熱容量における顕熱変化量と、前記蒸発凝縮部の温度から求められる前記蒸発凝縮部の内部の蒸気圧変化量と、前記反応器に供給される前記反応蒸気の量及び前記反応器から放出された前記反応蒸気の量である反応蒸気量との関係に従って、前記反応蒸気量を算出する反応量算出部と、を含んで構成されている。

本発明に係る化学蓄熱システムでは、反応器の化学蓄熱材は、熱源からの熱供給を受けることで、脱水反応を生じつつ蓄熱する。この脱水反応に伴って生じる反応蒸気は、蒸発凝縮部にて凝縮される。化学蓄熱材に蓄熱した熱を放出する際には、蒸発凝縮部において、熱媒としての媒体との熱交換によって反応液を蒸発させることで、水和反応のための反応蒸気を反応器に供給する。これにより、化学蓄熱材の水和反応が生じ、該化学蓄熱材に蓄えられていた熱が放出される。

ここで、化学蓄熱システムは、第１検出部によって、前記媒体供給部によって供給された前記媒体の流量、供給された前記媒体の温度、並びに回収された前記媒体の温度を検出する。第２検出部によって、前記蒸発凝縮部の温度を検出する。

そして、反応量算出部によって、前記第１検出部によって検出された前記媒体の流量、供給された前記媒体の温度、及び回収された前記媒体の温度と、前記第２検出部によって検出された前記蒸発凝縮部の温度とに基づいて、前記媒体の流量、供給された前記媒体の温度、及び回収された前記媒体の温度から求められる前記媒体の熱容量における顕熱変化量と、前記蒸発凝縮部の温度から求められる前記蒸発凝縮部の内部の蒸気圧変化量と、前記反応器に供給される前記反応蒸気の量及び前記反応器から放出された前記反応蒸気の量である反応蒸気量との関係に従って、前記反応蒸気量を算出する。

このように、媒体の流量、供給された媒体の温度、及び回収された媒体の温度から求められる媒体の熱容量における顕熱変化量と、蒸発凝縮部の温度から求められる蒸発凝縮部の内部の蒸気圧変化量と、反応器に供給される反応蒸気の量及び反応器から放出された反応蒸気の量である反応蒸気量との関係に従って、反応蒸気量を算出することにより、反応器の蓄熱率を把握するための反応蒸気量を精度良く算出することができる。

本発明に係る反応量算出部は、前記第１検出部によって検出された前記媒体の流量、供給された前記媒体の温度、及び回収された前記媒体の温度と、前記第２検出部によって検出された前記蒸発凝縮部の温度とに基づいて、前記媒体の熱容量における顕熱変化量と、前記蒸発凝縮部の内部の蒸気圧変化量と、前記蒸発凝縮部の温度から求められる前記蒸発凝縮部の熱容量における顕熱変化量と、前記反応器に供給される前記反応蒸気の量との関係に従って、前記反応蒸気量を算出するようにすることができる。これによって、反応器の蓄熱率を把握するための反応蒸気量をより精度良く算出することができる。

また、上記の化学蓄熱システムは、前記蒸発凝縮部に反応液を供給すると共に、前記蒸発凝縮部から反応液を回収する反応液供給回収部を更に含み、前記反応量算出部は、前記第１検出部によって検出された前記媒体の流量、供給された前記媒体の温度、及び回収された前記媒体の温度と、前記第２検出部によって検出された前記蒸発凝縮部の温度と、前記反応液供給回収部による前記反応液の供給量及び回収量とに基づいて、前記媒体の熱容量における顕熱変化量と、前記蒸発凝縮部の内部の蒸気圧変化量と、前記蒸発凝縮部の熱容量における顕熱変化量と、前記反応液の供給量及び回収量、前記算出される反応蒸気の量、並びに前記蒸発凝縮部の温度から求められる前記蒸発凝縮部の内部に残留した反応液の熱容量における顕熱変化量と、前記反応応蒸気量との関係に従って、前記反応蒸気量を算出するようにすることができる。これによって、反応器の蓄熱率を把握するための反応蒸気量をより精度良く算出することができる。

上記の反応量算出手段は、前記算出した前記反応蒸気量に基づいて、前記反応器の蓄熱量を算出するようにすることができる。これによって、反応器の蓄熱量を精度良く算出することができる。

上記の反応量算出手段は、前記算出した前記反応蒸気量に基づいて算出される前記反応器の蓄熱量と、前記反応器について予め求められた最大蓄熱量とに基づいて、前記反応器の蓄熱率を算出するようにすることができる。これによって、反応器の蓄熱率を精度良く算出することができる。

以上説明したように本発明に係る化学蓄熱システムは、媒体の流量、供給された媒体の温度、及び回収された媒体の温度から求められる媒体の熱容量における顕熱変化量と、蒸発凝縮部の温度から求められる蒸発凝縮部の内部の蒸気圧変化量と、反応器に供給される反応蒸気の量及び反応器から放出された反応蒸気の量である反応蒸気量との関係に従って、反応蒸気量を算出することにより、反応器の蓄熱率を把握するための反応蒸気量を精度良く算出することができる、という優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの概略全体構成を示すシステム構成図である。蒸発・凝縮器の構成を示す斜視図である。（Ａ）蒸発・凝縮器の構成を示す上視断面図、及び（Ｂ）蒸発・凝縮器の構成を示す側視断面図である。本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの反応器に対する蓄熱率を算出するための制御構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムを構成する蓄熱ＥＣＵを示すブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの反応器の蓄熱時における蓄熱率を算出する方法を説明するための図である。本発明の第３の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの反応器の放熱時における蓄熱率を算出する方法を説明するための図である。

本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム１０について、図１〜図６に基づいて説明する。

図１には、車両用化学蓄熱システム１０の概略全体構成が模式的なシステム構成図にて示されている。この図に示される如く、車両用化学蓄熱システム１０は、ステンレスなどの金属材料で構成された容器１２内における蓄熱層に化学蓄熱材（図示所略）が充填された反応器１６を備えている。反応器１６を構成する化学蓄熱材は、脱水に伴って蓄熱（吸熱）し、水和（水酸化カルシウムへの復元）に伴って放熱（発熱）する構成とされている。

この実施形態では、化学蓄熱材として、アルカリ土類金属の水酸化物の１つである水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）が採用されている。したがって、反応器１６内では、以下に示す反応で蓄熱、放熱を可逆的に繰り返し得る構成とされている。

Ｃａ（ＯＨ）_２ ⇔ ＣａＯ＋Ｈ_２Ｏ

この式に蓄熱量、発熱量Ｑを併せて示すと、
Ｃａ（ＯＨ）_２＋Ｑ → ＣａＯ＋Ｈ_２Ｏ
ＣａＯ＋Ｈ_２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）_２＋Ｑ
となる。この化学蓄熱材（Ｃａ（ＯＨ）_２）の１ｋｇ当たりの蓄熱容量は、略１．８６［ＭＪ／ｋｇ−Ｃａ（ＯＨ）_２］とされている。

また、反応器１６には、熱輸送ライン（図示省略）が接続されている。熱輸送ラインにおける下流側には、車両用化学蓄熱システム１０による加熱対象（図示省略）との熱交換部が設けられている。これにより、車両用化学蓄熱システム１０では、反応器１６で化学蓄熱材が放熱した熱を加熱対象の加熱（暖機）に供することができる構成とされている。熱輸送ラインの下流端は大気開放端とされている。加熱対象としては、内燃機関ＥＧ、該内燃機関ＥＧの排気ガスを浄化するための排気触媒、モータ駆動用のバッテリを統制する構成では該バッテリなどが挙げられ、複数の加熱対象（候補）から一部の加熱対象を選択する構成としても良い。

また、車両用化学蓄熱システム１０は、反応器１６から導入された水蒸気を凝縮する凝縮部、及び水を蒸発させて反応器１６の蒸気拡散層（図示省略）に供給する水蒸気を生成する蒸発部としての機能を兼ね備える蒸発・凝縮器３０を備えている。蒸発・凝縮器３０は、反応器１６の蒸気拡散層に水蒸気循環ライン３２を介して連通された蒸気流路３４と、蒸気流路３４内の水蒸気を凝縮すると共に、蒸気流路３４内の水を蒸発させるための媒体流路３８とが容器４０内に形成されて構成されている。この実施形態では、図２の斜視図及び図３（Ａ）、（Ｂ）の断面図に示すように、蒸発・凝縮器３０の容器４０内には、２つの媒体流路３８の間であって、熱交換隔壁４１を介して媒体流路３８に隣接するように配置された蒸気流路３４が設けられている。媒体流路３８は、熱交換隔壁４１を介して、内部を流れる冷媒、熱媒と蒸気流路３４内の水又は水蒸気との熱交換が可能である。なお、水が反応液の一例であり、水蒸気が、反応蒸気の一例である。

蒸気流路３４は、水蒸気循環ライン３２、反応器１６の蒸気拡散層と共に真空脱気されている。水蒸気循環ライン３２には、蒸気流路３４と蒸気拡散層との連通、非連通を切り替えるための開閉弁４２が設けられている。また、蒸気流路３４における重力方向の低所は、水循環ライン４４を介して水タンク４６に連通されている。水循環ライン４４には、ウォータポンプ４８、５０が設けられている。水タンク４６は、蒸気流路３４で凝縮された水を、該蒸気流路３４で蒸発させるための水として貯留するようになっている。ウォータポンプ４８は、作動することで、水タンク４６の水を蒸気流路３４に供給し、ウォータポンプ５０は、作動することで、蒸気流路３４内に残留した水を水タンク４６に回収するようになっている。なお、水タンク４６、及びウォータポンプ４８、５０が、反応液供給回収部の一例である。

媒体流路３８には、冷媒循環ライン５２が接続されている。冷媒循環ライン５２には、冷却器５４及び冷媒ポンプ５６が媒体供給部５３と直列を成すように設けられている。これにより、冷媒ポンプ５６が作動されることで冷媒が媒体供給部５３、冷却器５４を循環し、媒体供給部５３から媒体循環ライン６３により冷媒が媒体流路３８を流れることにより、媒体流路３８における水蒸気の凝縮熱を冷却器５４で放熱するようになっている。すなわち、車両用化学蓄熱システム１０では、蒸発・凝縮器３０を構成する媒体流路３８での水蒸気から水への凝縮を維持するための凝縮器冷却系５８が構成されているものと捉えることができる。

冷媒循環ライン５２は、媒体供給部５３の上流側及び下流側の各々で分岐しており、各分岐点で、冷却水循環ライン６２に接続されている。冷却水循環ライン６２には、冷却器６４、冷却水ポンプ６６、及び内燃機関ＥＧが媒体供給部５３と直列を成すように設けられている。これにより、冷却水ポンプ６６が作動されることでエンジン冷却水が内燃機関ＥＧ、媒体供給部５３、冷却器６４を循環し、媒体供給部５３から媒体循環ライン６３により熱媒が媒体流路３８を流れることにより、蒸気流路３４内の水を蒸発させるようになっている。すなわち、車両用化学蓄熱システム１０では、蒸発・凝縮器３０の媒体流路３８での水の蒸発のための蒸発熱を付与するための蒸発器加熱系６０が構成されているものと捉えることができる。

冷媒循環ライン５２と冷却水循環ライン６２との２つの接続位置（分岐位置）には、媒体供給部５３（媒体流路３８）に流れる媒体を、冷媒循環ライン５２の冷媒及び冷却水循環ライン６２のエンジン冷却水（冷媒）の何れかにするかを切り換える切換バルブ６８Ａ、６８Ｂが設けられている。

また、図４に示すように、車両用化学蓄熱システム１０は、蒸発・凝縮器３０の内部の温度Ｔ_ｗ［℃］に対応した信号を出力する内部温度センサ８８と、媒体供給部５３からの媒体循環ライン６３の媒体流路３８への媒体入口部分の温度Ｔ_m,in［℃］に対応した信号を出力する入口温度センサ９０と、媒体循環ライン６３の媒体流路３８からの媒体出口部分の温度Ｔ_m,out［℃］に対応した信号を出力する出口温度センサ９２と、媒体循環ライン６３の媒体流路３８より上流部分の媒体流量Ｆ_m［ｋｇ／ｓ］に対応した信号を出力する流量センサ９４とを備えている。なお、媒体入口部分の温度が、供給する媒体の温度の一例であり、媒体出口部分の温度が、回収する媒体の温度の一例である。また、入口温度センサ９０、出口温度センサ９２、及び流量センサ９４が、第１検出部の一例であり、内部温度センサ８８が、第２検出部の一例である。

また、図５に示されるように、車両用化学蓄熱システム１０は、蓄熱ＥＣＵ８２を備えている。蓄熱ＥＣＵ８２は、開閉弁４２、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂ、ウォータポンプ４８、５０、冷媒ポンプ５６、冷却水ポンプ６６、冷却器５４、６４のそれぞれに電気的に接続されており、これらの動作を制御するようになっている。

この蓄熱ＥＣＵ８２には、自動車の図示しないスタートスイッチ（運転制御ＥＣＵやメインコントローラ）から適用された自動車の運転状態に応じた信号が入力されるようになっている。また、蓄熱ＥＣＵ８２は、内部温度センサ８８、入口温度センサ９０、出口温度センサ９２、及び流量センサ９４に電気的に接続されている。

蓄熱ＥＣＵ８２は、内部温度センサ８８、入口温度センサ９０、及び出口温度センサ９２によって検出された温度、並びに流量センサ９４によって検出された流量に基づいて、反応器１６の蓄熱率を算出する。なお、蓄熱ＥＣＵ８２が、反応量算出部の一例である。

ここで、本実施の形態における反応器１６の蓄熱率を算出する原理について説明する。

まず、上記図４に示すように反応器１６の放熱時には、水タンク４６からウォータポンプ４８を介して供給された水は、蒸発・凝縮器３０の内部で、媒体供給部５３から供給される媒体と熱交換することにより水蒸気に変換される。このとき、媒体の顕熱変化量Ｑ_m（τ）［ｋＷ］（τ：時間）が水蒸気生成に必要な蒸発潜熱と熱交換するため、媒体の熱容量における顕熱変化量から蒸気生成量を推定可能である。

また、媒体の顕熱変化量は、媒体流量Ｆ_m［ｋｇ／ｓ］、蒸発・凝縮器３０における媒体入口温度Ｔ_m,in［℃］、出口温度Ｔ_m,out［℃］から算出される。

また、蒸発・凝縮器３０の内部温度から飽和蒸気圧を算出し、蒸気生成量から、内部蒸気圧変化量による蒸気消費分を減算すると、得られた蒸気生成量はすべて水和反応により消費されるため、当該生成蒸気量から水和反応率（蓄熱率）の検出が可能である。

図６に示すように反応器１６の蓄熱時には、反応器１６から発生した水蒸気は、蒸発・凝縮器３０の内部で媒体供給部５３から供給される媒体と熱交換され、水（凝縮液体）となり、ウォータポンプ５０を介して水タンク４６に回収される。このとき、媒体の顕熱変化量Ｑ_m（τ）［ｋＷ］（τ：時間）が蒸気凝縮に必要な蒸発潜熱と熱交換するため、媒体の熱容量における顕熱変化量から蒸気凝縮量を推定可能である。

また、媒体の熱容量における顕熱変化量は、媒体流量Ｆ_m［ｋｇ／ｓ］、蒸発・凝縮器３０における媒体入口温度Ｔ_m,in［℃］、出口温度Ｔ_m,out［℃］から算出される。

また、蒸発・凝縮器３０の内部温度から飽和蒸気圧を算出し、蒸気凝縮量から、内部蒸気圧変化量による蒸気消費分を減算すると、求められた蒸気凝縮量はすべて蒸発・凝縮器３０で水（凝縮液）として回収されるため、蒸気凝縮量から脱水反応率（蓄熱率）を検出可能である。

そこで、本実施の形態では、検出された蒸発・凝縮器３０の内部温度（Ｔ_ｗ［℃］）、媒体流量（Ｆ_m［ｋｇ／ｓ］）、蒸発・凝縮器３０における媒体入口温度（Ｔ_m,in［℃］）、出口温度（Ｔ_m,out［℃］）により、媒体の熱容量における顕熱変化量（Ｑ_m（τ）［ｋＷ］）と、蒸発・凝縮器３０の内部の蒸気圧変化量（ΔＰ（Ｔ_ｗ）／Δτ［Ｐａ／ｔ］）と、反応器１６に供給される蒸気生成量及び反応器１６から放出された蒸気凝縮量である反応蒸気量との関係から、以下の（１）式、（２）式に従って、蓄熱率Ｘ（ｔ）を算出することができる。

ただし、Ｃｐ［ｋＪ／ｋｇ／Ｋ］は、予め求められた媒体の比熱であり、Ｌ［ｋＪ／ｍｏｌ］は、予め求められた水（反応液）の蒸発潜熱である。ΔＨ［ｋＪ／ｍｏｌ］は、予め求められた水和反応熱量であり、ΔＰ（Ｔ_Ｗ）／Δτ［Ｐａ／ｓ］は、蒸発・凝縮器３０の内部の蒸気圧の時間変化であり、Ｐ（Ｔ_Ｗ）［Ｐａ］は、予め求められた関数式に従って求められる温度Ｔ_Ｗにおける飽和蒸気圧である。Ｖ_Ｔ［ｍ^３］は、蒸発・凝縮器３０、水蒸気循環ライン３２、及び反応器１６の蒸気通路の予め求められた全容積であり、Ｒ［Ｊ／（ｍｏｌ・Ｋ）は気体定数であり、Ｔ_Ｗ［℃］は、検出される蒸発・凝縮器３０の内部温度である。Ｑ_s[ｋＪ]は、予め求められた反応器１６の最大蓄熱量である。

蓄熱ＥＣＵ８２は、上記（１）式、（２）式に従って、反応器１６の蓄熱率を算出する。これにより、蓄熱率を正確に把握することが可能となり、水蒸気の供給及び回収を停止するタイミングや、放熱及び熱源供給の停止のタイミングを適切に決定することができ、熱エネルギーを有効利用することができる。

次に、第１の実施形態の作用を説明する。

まず、蓄熱モードが開始されると、蓄熱ＥＣＵ８２によって、凝縮器冷却系５８の冷媒ポンプ５６、冷却器５４を作動させる。これにより、冷却器５４、媒体供給部５３の順で冷媒が冷媒循環ライン５２を循環する。また、蓄熱ＥＣＵ８２は、開閉弁４２を開放させる。

反応器１６では、熱源から供給された熱によって蓄熱層の化学蓄熱材が脱水反応を生じ、該化学蓄熱材への蓄熱が成される。そして、化学蓄熱材の脱水反応に伴って生じた水蒸気が水蒸気循環ライン３２を介して蒸発・凝縮器３０の蒸気流路３４に導入されると、該水蒸気が、媒体供給部５３から供給され、かつ、媒体流路３８を流れる冷媒との熱交換によって凝縮され、ウォータポンプ５０の作動により、水タンク４６に水が回収される。水蒸気との熱交換で加熱された冷媒は、冷却器５４で外気と熱交換することで冷却される。これにより、反応器１６での蓄熱動作が維持される。

このとき、蓄熱ＥＣＵ８２は、内部温度センサ８８、入口温度センサ９０、及び出口温度センサ９２の各々によって検出された温度、及び流量センサ９４によって検出された流量に基づいて、化学蓄熱材の蓄熱率を算出する。また、蓄熱ＥＣＵ８２は、化学蓄熱材の蓄熱率が、最大蓄熱率（１００％）に達したことを検出すると、蓄熱が完了したと判断し、蓄熱ＥＣＵ８２は、開閉弁４２を閉止させると共に、凝縮器冷却系５８の冷媒ポンプ５６、冷却器５４を停止させ、蓄熱モードを終了する。

また、加熱対象の加熱が必要となり、放熱モードに遷移した場合には、加熱対象の要求熱量（Ｗ）を求め、蓄熱ＥＣＵ８２は、要求熱量だけ反応器１６（化学蓄熱材）に放熱させるための反応蒸気量を算出する。また、蓄熱ＥＣＵ８２は、開閉弁４２を開放させ、ウォータポンプ４８を作動させる。

次いで蓄熱ＥＣＵ８２は、水和反応を行うために必要な量の水蒸気を蒸発・凝縮器３０が発生するように、蒸発器加熱系６０を制御し、蒸発器加熱系６０の熱媒は、蒸発・凝縮器３０の媒体流路３８において、水タンク４６から蒸気流路３４に供給された水との熱交換（凝縮熱の付与）に供される。これにより、蒸気流路３４から反応器１６の蒸気拡散層に水蒸気が供給され、蓄熱層内の化学蓄熱材が水和反応を生じ、該水和反応に伴い放熱する。この熱は、熱輸送ラインを流れる空気によって加熱対象に輸送され、該加熱対象の加熱（暖機）に寄与する。

このとき、蓄熱ＥＣＵ８２は、内部温度センサ８８、入口温度センサ９０、及び出口温度センサ９２の各々によって検出された温度、及び流量センサ９４によって検出された流量に基づいて、化学蓄熱材へ供給される反応蒸気量を算出すると共に、化学蓄熱材の蓄熱率を算出する。

さらに、蓄熱ＥＣＵ８２は、加熱対象の昇温が完了したか否かを判断し、加熱対象の昇温が完了したと判断した場合、蓄熱ＥＣＵ８２は、開閉弁４２を閉止させると共に、ウォータポンプ４８を停止させ、放熱モードを終了する。

以上説明したように、第１の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システムによれば、媒体の流量、媒体流路入口における媒体の温度、及び媒体流路出口における媒体の温度から求められる媒体の熱容量における顕熱変化量と、蒸発・凝縮部の温度から求められる蒸発・凝縮部の内部の蒸気圧変化量と、反応器に供給される水蒸気の量及び反応器から放出された水蒸気の量である反応蒸気量との関係に従って、蓄熱率を算出することにより、比較的簡単な方法で、反応器の蓄熱率を精度良く算出することができる。

また、現在の反応率を正確に把握することができるため、水蒸気供給／回収を停止するタイミングや、放熱／熱源供給を停止するタイミングを適切に決定することができる。また、複数の反応器を切り換えて操作する場合には、切換えのタイミングを適切に決定することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム１０について説明する。なお、第２の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム１０は、第１の実施の形態と同様の構成となるため、同一符号を付して説明を省略する。

ここで、本実施の形態における蓄熱率を算出する原理について説明する。

まず、化学蓄熱システムの始動及び再起動や、媒体の熱源の温度変動により媒体温度が変化する場合、あるいは、蓄熱及び放熱の切り替わりにおける蒸発温度及び凝縮温度の間を推移する場合において、蒸発・凝縮器３０の温度が変化する。

このとき、蒸発・凝縮器３０の内部温度Ｔ_ｗの検出により、蒸発・凝縮器３０の温度の時間変化ΔＴ_ｗ（ｔ）／Δｔを計測することができ、蒸発・凝縮器３０の熱容量における顕熱変化量と媒体の熱容量における顕熱変化量から、より正確な蓄熱率の検出が可能となる。

そこで、本実施の形態では、反応器１６の放熱時及び蓄熱時に、検出された蒸発・凝縮器３０の内部温度（Ｔ_ｗ［℃］）、媒体流量（Ｆ_m［ｋｇ／ｓ］）、蒸発・凝縮器３０における媒体入口温度（Ｔ_m,in［℃］）、出口温度（Ｔ_m,out［℃］）により、媒体の熱容量における顕熱変化量（Ｑ_m（τ）［ｋＷ］）と、蒸発・凝縮器３０の内部の蒸気圧変化量（ΔＰ（Ｔ_ｗ）／Δτ［Ｐａ／ｔ］）と、蒸発・凝縮器３０の熱容量における顕熱変化量（Ｑv（τ）［ｋＷ］）と、反応器１６に供給される蒸気生成量及び反応器１６から放出される蒸気凝縮量である反応蒸気量との関係から、以下の（３）式〜（５）式に従って、蓄熱率Ｘ（ｔ）を算出することができる。

ただし、Ｃ［ｋＪ／Ｋ］は、予め求められた蒸発・凝縮器３０の熱容量であり、ΔＴ_Ｗ（ｔ）／Δｔ［Ｋ／ｓ］は、蒸発・凝縮器３０の温度の時間変化である。

蓄熱ＥＣＵ８２は、反応器１６の放熱時及び蓄熱時に、内部温度センサ８８、入口温度センサ９０、及び出口温度センサ９２の各々によって検出された温度、及び流量センサ９４によって検出された流量に基づいて、上記（３）式〜（５）式に従って、反応器１６の蓄熱率を算出する。

なお、第２の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システム１０の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

以上説明したように、第２の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システムによれば、媒体の流量、媒体流路入口における媒体の温度、及び媒体流路出口における媒体の温度から求められる媒体の熱容量における顕熱変化量と、蒸発・凝縮部の温度から求められる蒸発・凝縮部の内部の蒸気圧変化量と、蒸発・凝縮部の温度から求められる蒸発・凝縮部の熱容量における顕熱変化量と、反応器に供給される水蒸気の量及び反応器から放出された水蒸気の量である反応蒸気量との関係に従って、蓄熱率を算出することにより、比較的簡単な方法で、反応器の蓄熱率を精度良く算出することができる。

また、化学蓄熱システムの始動、再起動、媒体温度の変化（媒体の熱源の温度変動）、蒸発及び凝縮の切り替わりなどにより、蒸発・凝縮器の温度が変化する場面において、蒸発・凝縮器による顕熱消費分を補正することにより、反応器の蓄熱率をより精度良く算出することができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム１０について、図７に基づいて説明する。なお、第３の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム１０は、第１の実施の形態と同様の構成となるため、同一符号を付して説明を省略する。

このとき、図７に示すように、蒸発・凝縮器３０の内部温度Ｔｗの検出により、蒸発・凝縮器３０の温度の時間変化ΔＴ_ｗ（ｔ）／Δｔを計測することができ、蒸発・凝縮器３０の熱容量から顕熱変化量を算出することができる。また、水タンク４６からの水の供給量Ｆ_Ｌ、ｉｎ［ｍｏｌ／ｓｅｃ］、水タンク４６への水の回収量Ｆ_{Ｌ、ｏｕｔ}［ｍｏｌ／ｓｅｃ］、及び蒸気生成量から、蒸発・凝縮器３０の内部に残留した水（内部残留液）の量Ｖ_Ｌ［ｍｏｌ］を算出可能であり、蒸発・凝縮器３０の内部に残留した水の熱容量から内部残留液の顕熱変化量を算出できる。蒸発・凝縮器３０の顕著熱変化量と、内部残留液の顕熱変化量と、媒体の顕熱変化量からより正確な反応率検出が可能である。

そこで、本実施の形態では、反応器１６の放熱時に、検出された蒸発・凝縮器３０の内部温度（Ｔ_ｗ［℃］）、媒体流量（Ｆ_m［ｋｇ／ｓ］）、蒸発・凝縮器３０における媒体入口温度（Ｔ_m,in［℃］）、出口温度（Ｔ_m,out［℃］）、ウォータポンプ４８による水の供給量Ｆ_Ｌ、ｉｎ［ｍｏｌ／ｓｅｃ］、及びウォータポンプ５０による水の回収量Ｆ_{Ｌ、ｏｕｔ}［ｍｏｌ／ｓｅｃ］により、媒体の熱容量における顕熱変化量（Ｑ_m（τ）［ｋＷ］）と、蒸発・凝縮器３０の内部の蒸気圧変化量（ΔＰ（Ｔ_ｗ）／Δτ［Ｐａ／ｔ］）と、蒸発・凝縮器３０の熱容量における顕熱変化量（Ｑ_v（τ）［ｋＷ］）と、蒸発・凝縮器３０の内部に残留した水の熱容量における顕熱変化量（Ｑ_L（τ）［ｋＷ］）と、反応器１６に供給される蒸気生成量である反応蒸気量との関係から、以下の（６）式〜（１０）式に従って、蓄熱率Ｘ（ｔ）を算出することができる。

ただし、Ｃｐ_m［ｋＪ／ｋｇ／Ｋ］は、媒体の比熱であり、Ｃｐ_Ｌ［ｋＪ／ｋｇ／Ｋ］は、水（反応液）の比熱である。Ｖ_L［ｍｏｌ］は、蒸発・凝縮器３０の内部に残留した水の量であり、ウォータポンプ４８の作動により供給された水の量Ｆ_L,in［ｍｏｌ／ｓｅｃ］とウォータポンプ５０の作動により回収した水の量Ｆ_L,out［ｍｏｌ／ｓｅｃ］の差を積分して得られる水供給量（上記（１０）式右辺の第１項に相当）から、反応器１６に供給される蒸気生成量（上記（１０）式右辺の第２項）を減算して求められる。なお、ウォータポンプ４８の作動により供給された水の量Ｆ_L,in（ｔ）［ｍｏｌ／ｓｅｃ］、及びウォータポンプ５０の作動により回収した水の量Ｆ_L,out（ｔ）［ｍｏｌ／ｓｅｃ］は、予め求められたウォータポンプ４８、５０の性能及び時刻ｔのウォータポンプ４８、５０の制御量に従って求められる。

蓄熱ＥＣＵ８２は、反応器１６の放熱時に、内部温度センサ８８、入口温度センサ９０、及び出口温度センサ９２の各々によって検出された温度、流量センサ９４によって検出された流量、並びにウォータポンプ４８、５０の制御量に基づいて、上記（６）式〜（１０）式に従って、反応器１６の蓄熱率を算出する。

なお、第３の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システム１０の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

以上説明したように、第３の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システムによれば、媒体の流量、媒体流路入口における媒体の温度、及び媒体流路出口における媒体の温度から求められる媒体の熱容量における顕熱変化量と、蒸発・凝縮部の温度から求められる蒸発・凝縮部の内部の蒸気圧変化量と、蒸発・凝縮部の温度から求められる蒸発・凝縮部の熱容量における顕熱変化量と、蒸発・凝縮部の内部に残留した水の熱容量における顕熱変化量と、反応器に供給される水蒸気の量である反応蒸気量との関係に従って、蓄熱率を算出することにより、比較的簡単な方法で、放熱時の反応器の蓄熱率をより精度良く算出することができる。

また、化学蓄熱システムの始動、再起動、媒体温度の変化（媒体の熱源の温度変動）、蒸発及び凝縮の切り替わりなどにより、蒸発・凝縮器の温度が変化する場面において、蒸発・凝縮器による顕熱消費分及び内部残留液による顕熱消費分を補正することにより、放熱時の反応器の蓄熱率をより精度良く算出することができる。

なお、上記の第１の実施の形態〜第３の実施の形態では、車両用化学蓄熱システムに本発明を適用する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、車両以外に搭載された化学蓄熱システムに、本発明を適用するようにしてもよい。

また、蓄熱率を算出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、上記（１）、（２）式と同様の式（上記（１）式の右辺の｛｝内の式）、上記（３）式〜（５）式と同様の式（上記（３）式の右辺の｛｝内の式）、あるいは上記（６）式〜（１０）式と同様の式（上記（６）式の右辺の｛｝内の式）を用いて、反応蒸気量を算出して出力するようにしてもよい。また、上記（１）、（２）式と同様の式（上記（１）式の右辺の｛｝内の式にΔＨを乗算する式）、上記（３）式〜（５）式と同様の式（上記（３）式の右辺の｛｝内の式にΔＨを乗算する式）、あるいは上記（６）式〜（１０）式と同様の式（上記（６）式の右辺の｛｝内の式にΔＨを乗算する式）を用いて、反応器の蓄熱量を算出して出力するようにしてもよい。

また、上記した実施形態では、蒸発器としての機能と凝縮器としての機能とを併せ持つ蒸発・凝縮器３０を備えて車両用化学蓄熱システムが構成された例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、車両用化学蓄熱システムが、独立して構成された蒸発器、凝縮器を備えた構成としてもよい。

１０車両用化学蓄熱システム
１６反応器
３０蒸発・凝縮器
３４蒸気流路
３８媒体流路
４６水タンク
４８ウォータポンプ
５０ウォータポンプ
５３媒体供給部
８２蓄熱ＥＣＵ
８８内部温度センサ
９０入口温度センサ
９２出口温度センサ
９４流量センサ

Claims

熱源からの熱供給により脱水反応を行って蓄熱し、かつ、水和反応により放熱する化学蓄熱材とが内蔵された反応器と、
前記反応器から前記脱水反応に伴って放出された反応蒸気を、冷媒としての媒体との熱交換によって反応液に凝縮させると共に、熱媒としての媒体との熱交換によって反応液を蒸発させることで、前記水和反応のための反応蒸気を前記反応器に供給する蒸発凝縮部と、
前記蒸発凝縮部に前記媒体を供給して回収する媒体供給部と、
前記媒体供給部によって供給された前記媒体の流量、供給された前記媒体の温度、及び回収された前記媒体の温度を検出する第１検出部と、
前記蒸発凝縮部の温度を検出する第２検出部と、
前記第１検出部によって検出された前記媒体の流量、供給された前記媒体の温度、及び回収された前記媒体の温度と、前記第２検出部によって検出された前記蒸発凝縮部の温度とに基づいて、前記媒体の流量、供給された前記媒体の温度、及び回収された前記媒体の温度から求められる前記媒体の熱容量における顕熱変化量と、前記蒸発凝縮部の温度から求められる前記蒸発凝縮部の内部の蒸気圧変化量と、前記反応器に供給される前記反応蒸気の量及び前記反応器から放出された前記反応蒸気の量である反応蒸気量との関係に従って、前記反応蒸気量を算出する反応量算出部と、
を含む化学蓄熱システム。
前記反応量算出部は、前記第１検出部によって検出された前記媒体の流量、供給された前記媒体の温度、及び回収された前記媒体の温度と、前記第２検出部によって検出された前記蒸発凝縮部の温度とに基づいて、前記媒体の熱容量における顕熱変化量と、前記蒸発凝縮部の内部の蒸気圧変化量と、前記蒸発凝縮部の温度から求められる前記蒸発凝縮部の熱容量における顕熱変化量と、前記反応蒸気量との関係に従って、前記反応蒸気量を算出する請求項１記載の化学蓄熱システム。
前記蒸発凝縮部に反応液を供給すると共に、前記蒸発凝縮部から反応液を回収する反応液供給回収部を更に含み、
前記反応量算出部は、前記第１検出部によって検出された前記媒体の流量、供給された前記媒体の温度、及び回収された前記媒体の温度と、前記第２検出部によって検出された前記蒸発凝縮部の温度と、前記反応液供給回収部による前記反応液の供給量及び回収量とに基づいて、前記媒体の熱容量における顕熱変化量と、前記蒸発凝縮部の内部の蒸気圧変化量と、前記蒸発凝縮部の熱容量における顕熱変化量と、前記反応液の供給量及び回収量、前記算出される反応蒸気の量、並びに前記蒸発凝縮部の温度から求められる前記蒸発凝縮部の内部に残留した反応液の熱容量における顕熱変化量と、前記反応蒸気量との関係に従って、前記反応蒸気量を算出する請求項２記載の化学蓄熱システム。
前記反応量算出部は、前記算出した前記反応蒸気量に基づいて、前記反応器の蓄熱量を算出する請求項１〜請求項３の何れか１項記載の化学蓄熱システム。
前記反応量算出部は、前記算出した前記反応蒸気量に基づいて算出される前記反応器の蓄熱量と、前記反応器について予め求められた最大蓄熱量とに基づいて、前記反応器の蓄熱率を算出する請求項１〜請求項３の何れか１項記載の化学蓄熱システム。